Överladdning är en av de svåraste punkterna i det nuvarande litiumbatterisäkerhetstestet, så det är nödvändigt att förstå mekanismen för överladdning och de nuvarande åtgärderna för att förhindra överladdning.
Bild 1 är spännings- och temperaturkurvorna för NCM+LMO/Gr-systemets batteri när det är överladdat.Spänningen når ett maximum vid 5,4V, och sedan sjunker spänningen, vilket så småningom orsakar termisk rusning.Spännings- och temperaturkurvorna för överladdningen av det ternära batteriet är mycket lika det.
När litiumbatteriet är överladdat genererar det värme och gas.Värmen inkluderar ohmsk värme och värme som genereras av sidreaktioner, varav ohmsk värme är den huvudsakliga.Batteriets sidreaktion orsakad av överladdning är för det första att överskott av litium sätts in i den negativa elektroden, och litiumdendriter kommer att växa på ytan av den negativa elektroden (N/P-förhållandet kommer att påverka den initiala SOC för litiumdendrittillväxt).Den andra är att överskott av litium extraheras från den positiva elektroden, vilket gör att strukturen hos den positiva elektroden kollapsar, frigör värme och frigör syre.Syre kommer att påskynda nedbrytningen av elektrolyten, batteriets inre tryck kommer att fortsätta att stiga och säkerhetsventilen öppnas efter en viss nivå.Det aktiva materialets kontakt med luften genererar ytterligare mer värme.
Studier har visat att en minskning av mängden elektrolyt kommer att avsevärt minska värme- och gasproduktionen under överladdning.Dessutom har man studerat att när batteriet inte har en skena eller säkerhetsventilen inte kan öppnas normalt vid överladdning är batteriet explosionsbenäget.
Lätt överladdning kommer inte att orsaka termisk rusning, men kommer att orsaka att kapaciteten bleknar.Studien fann att när batteriet med NCM/LMO-hybridmaterial som den positiva elektroden är överladdat, finns det ingen uppenbar kapacitetsminskning när SOC är lägre än 120 %, och kapaciteten avtar avsevärt när SOC är högre än 130 %.
För närvarande finns det ungefär flera sätt att lösa överladdningsproblemet:
1) Skyddsspänningen är inställd i BMS, vanligtvis är skyddsspänningen lägre än toppspänningen under överladdning;
2) Förbättra batteriets överladdningsmotstånd genom materialmodifiering (såsom materialbeläggning);
3) Lägg till anti-överladdningstillsatser, såsom redoxpar, till elektrolyten;
4) Med användning av spänningskänsligt membran, när batteriet är överladdat, reduceras membranmotståndet avsevärt, vilket fungerar som en shunt;
5) OSD- och CID-designer används i fyrkantiga aluminiumbatterier, som för närvarande är vanliga anti-överladdningsdesigner.Påsebatteriet kan inte uppnå en liknande design.
Referenser
Energilagringsmaterial 10 (2018) 246–267
Den här gången kommer vi att presentera spännings- och temperaturförändringarna för litiumkoboltoxidbatteriet när det är överladdat.Bilden nedan är överladdningsspänningen och temperaturkurvan för litiumkoboltoxidbatteriet, och den horisontella axeln är delithieringsmängden.Den negativa elektroden är grafit och elektrolytlösningsmedlet är EC/DMC.Batterikapaciteten är 1,5Ah.Laddströmmen är 1,5A, och temperaturen är batteriets inre temperatur.
Zon I
1. Batterispänningen stiger långsamt.Den positiva elektroden av litiumkoboltoxid delitierar mer än 60 %, och metalllitium fälls ut på den negativa elektrodsidan.
2. Batteriet buktar, vilket kan bero på högtrycksoxidation av elektrolyten på den positiva sidan.
3. Temperaturen är i princip stabil med en liten höjning.
Zon II
1. Temperaturen börjar stiga långsamt.
2. Inom intervallet 80~95% ökar impedansen för den positiva elektroden, och batteriets inre resistans ökar, men den minskar med 95%.
3. Batterispänningen överstiger 5V och når max.
Zon III
1. Vid cirka 95 % börjar batteritemperaturen stiga snabbt.
2. Från cirka 95 %, till nära 100 %, sjunker batterispänningen något.
3. När batteriets inre temperatur når cirka 100°C sjunker batterispänningen kraftigt, vilket kan orsakas av att batteriets inre resistans minskar på grund av temperaturökningen.
Zon IV
1. När batteriets inre temperatur är högre än 135°C börjar PE-separatorn smälta, batteriets inre resistans stiger snabbt, spänningen når den övre gränsen (~12V), och strömmen sjunker till en lägre värde.
2. Mellan 10-12V är batterispänningen instabil och strömmen fluktuerar.
3. Batteriets inre temperatur stiger snabbt, och temperaturen stiger till 190-220°C innan batteriet går sönder.
4. Batteriet är trasigt.
Överladdningen av ternära batterier liknar den för litiumkoboltoxidbatterier.Vid överladdning av ternära batterier med fyrkantiga aluminiumskal på marknaden, kommer OSD eller CID att aktiveras när man går in i Zon III, och strömmen kommer att stängas av för att skydda batteriet från överladdning.
Referenser
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Posttid: Dec-07-2022